Высоковольтная линия электропередачи и высоковольтный изолятор для этой линии
Изобретение относится к высоковольтным изоляторам. Высоковольтный изолятор для крепления высоковольтного провода в электроустановке или на линии электропередачи содержит изоляционное тело, установленные на его концах первый и второй элементы арматуры, один из которых служит для соединения с высоковольтным проводом, а второй - с опорой линии электропередачи. Изолятор дополнительно снабжен мультиэлектродной системой (МЭС), состоящей из 5 и более (предпочтительно 100 и более) электродов, механически связанных с изоляционным телом. Изолятор содержит также первый и второй подводящие электроды, каждый из которых отделен воздушным промежутком от изоляционного тела и одним концом связан гальванически или через воздушный промежуток с первым или вторым элементом арматуры, а вторым концом через воздушный промежуток с первым или вторым концом МЭС. Электроды МЭС и подводящие электроды выполнены и установлены таким образом, что при воздействии на изолятор перенапряжения пробиваются воздушные промежутки между подводящими электродами и крайними электродами МЭС, после чего последовательно пробиваются искровые промежутки между электродами МЭС. Изолятор по изобретению обладает свойствами грозозащитного устройства (грозового разрядника). МЭС расположена по эквипотенциальной линии или эквипотенциальным линиям электрического поля промышленной частоты, в котором работает изолятор, перпендикулярно траектории пути утечки изолятора. Техническим результатом является создание надежного и обладающего невысокой стоимостью в производстве и эксплуатации изолятора со свойствами разрядника. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.
Область техники
Предлагаемое изобретение относится к высоковольтным изоляторам, с помощью которых могут закрепляться провода или ошиновки высоковольтных установок, а также высоковольтных линий электропередачи и электрических сетей. Изобретение относится также к высоковольтным линиям электропередачи (ВЛЭ), использующим подобные изоляторы.
Уровень техники
Известен высоковольтный опорный изолятор, состоящий из изоляционного (фарфорового) ребристого тела и металлических фланцев, установленных по его концам для крепления изолятора к высоковольтному электроду и к опорной конструкции (см. Техника высоких напряжений /Под ред. Д.В.Разевига - М.: Энергия, 1976, с.78).
Недостатком известного изолятора является то, что при грозовом перенапряжении происходит перекрытие воздушного промежутка между металлическими фланцами, а затем это перекрытие под действием напряжения промышленной частоты, приложенного к высоковольтному электроду, переходит в силовую дугу промышленной частоты, которая может повредить изолятор.
Известно техническое решение, позволяющее защитить описанный выше изолятор от дуги. Оно заключается в использовании так называемых защитных промежутков (см. Техника высоких напряжений /Под ред. Д.В.Разевига - М.: Энергия, 1976, с.287), которые выполнены с использованием металлических стержней, устанавливаемых электрически параллельно изолятору и образующих между собой искровой воздушный промежуток. Длина промежутка меньше, чем путь утечки по поверхности изолятора, и меньше, чем путь перекрытия его по воздуху. Поэтому при воздействии перенапряжения перекрывается не изолятор, а воздушный промежуток между стержнями, и дуга сопровождающего тока промышленной частоты горит на стержнях, а не на изоляторе. Недостатком изолятора с защитным промежутком является то, что в результате его срабатывания образуется короткое замыкание в сети, которое требует экстренного отключения высоковольтной установки, содержащей указанный изолятор.
Известна также гирлянда из двух изоляторов, отличающаяся от описанного выше изолятора тем, что между первым и вторым изоляторами, на металлических оконцевателях которых установлены дугозащитные стержни, расположен третий стержневой промежуточный электрод, установленный на металлической сцепной арматуре между изоляторами (см., например, патент США №4665460, Н01Т 004/02, 1987). Таким образом, в известной гирлянде вместо одного воздушного искрового промежутка создано два таких промежутка. Благодаря этому удалось несколько увеличить дугогасящую способность гирлянды изоляторов с дугозащитными стержнями и обеспечить гашение небольших (порядка десятков ампер) сопровождающих токов при однофазных замыканиях на землю. Однако это устройство не может отключать токи более 100 А, которые обычно бывают при двух- и трехфазных замыканиях на землю при грозовых перенапряжениях.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является изолятор с цилиндрическим изоляционным телом и спиральными (спиралевидными) ребрами. По концам изоляционного тела укреплены первый и второй металлические электроды, а внутри изоляционного тела установлен направляющий электрод. У этого электрода в средней части цилиндрического тела имеется металлический выступ, выходящий на поверхность изоляционного тела и выполняющий функцию промежуточного электрода (см. патент РФ №2107963, Н01В 17/14, 1998). В таком изоляторе при грозовом перенапряжении разряд развивается по поверхности цилиндрического изоляционного тела по спиральной траектории от первого основного электрода через промежуточный электрод ко второму основному электроду. Благодаря увеличенной длине перекрытия дуга от напряжения промышленной частоты не образуется, и электроустановка, в состав которой входит изолятор, может продолжать работу без отключения. Таким образом, данный изолятор, в дополнение к своей основной функции, выполняет также функцию грозозащиты, т.е. служит грозовым разрядником.
Однако известный изолятор в качестве устройства грозозащиты имеет ограниченную эффективность, поскольку в случае сильного загрязнения и увлажнения, а также при больших перенапряжениях (свыше 200 кВ) разряд развивается не по длинной спиральной, а по короткой траектории, пробивая воздушные промежутки между ребрами. При этом изолятор теряет свои свойства грозового разрядника, поскольку, как и в обычном изоляторе, после перекрытия в нем образуется силовая дуга.
С другой стороны, металлический выступ, находящийся в центральной части изоляционного тела, уменьшает длину пути утечки и, следовательно, снижает допустимое напряжение, при котором может применяться данный изолятор. Таким образом, его эффективность в качестве изолятора тоже ограничена.
Для устранения указанных недостатков известного изолятора заявителем настоящего изобретения разработан изолятор, содержащий мультиэлектродную систему (МЭС), состоящую из m электродов, механически связанных с изоляционным телом и расположенных между его концами с возможностью формирования электрического разряда между смежными электродами (см. заявку RU 2008111577 от 27.03.08). Для того чтобы избежать нежелательных последствий введения МЭС с большим количеством электродов, предлагается дополнительно снабдить данный изолятор средствами компенсации сокращения длины пути утечки изолятора, вносимого МЭС. Они могут быть выполнены, например, в виде дополнительных слоев изоляции, изоляционных элементов, устанавливаемых на изоляционном теле, и/или прорезей специальной формы. Введение подобных средств, очевидно, приводит к удорожанию изолятора.
Известны также ВЛЭ, использующие высоковольтные изоляторы для крепления проводов к опорам в сочетании с устройствами грозозащиты данных изоляторов (см., например, принадлежащий заявителю настоящего изобретения патент РФ №2248079, Н02Н 9/06, 2005). Известны, в частности, ВЛЭ, в которых устройства грозозащиты выполнены в форме различных искровых разрядников, присоединяемых параллельно изоляторам (см., например, US 5283709, Н02Н 001/00, 1994 и RU 2002126810, Н02Н 9/06, 2004).
В качестве наиболее близкого аналога предлагаемого технического решения может быть выбрана ВЛЭ, описанная в принадлежащем заявителю настоящего изобретения патенте РФ №2096882, H02G 7/00, 1997. Данная ВЛЭ содержит опоры, изоляторы, закрепленные на опорах посредством металлической арматуры, по меньшей мере, один находящийся под высоким электрическим напряжением провод, связанный с изоляторами посредством крепежных устройств, и средства защиты изоляторов от грозовых перенапряжений в виде импульсных искровых разрядников.
Хотя при правильном подборе импульсных искровых разрядников и схемы их подключения известная ВЛЭ обеспечивает высокую надежность грозозащиты, необходимость использования большого количества искровых разрядников существенно усложняет ее конструкцию, а также требует значительных затрат на изготовление и монтаж таких разрядников.
Раскрытие изобретения
Первой технической задачей, которую решает настоящее изобретение, является создание надежного и обладающего невысокой стоимостью в производстве и эксплуатации изолятора со свойствами разрядника. Это позволит использовать изолятор по изобретению для крепления элементов электропередачи, находящихся под высоким напряжением, например проводов ВЛЭ, подстанций и другого электрооборудования.
Соответственно, другая задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в разработке высоковольтной линии электропередачи (ВЛЭ), обладающей улучшенными технико-экономическими характеристиками, а именно высокой надежностью работы, в том числе в условиях грозовых перенапряжений, при большей простоте конструкции (и соответственно меньшей стоимости) по сравнению с известными ВЛЭ. Достигаемым техническим результатом является также повышение надежности электропередачи.
С целью решения первой задачи предлагается высоковольтный изолятор для крепления, в качестве одиночного изолятора или в составе колонки или гирлянды изоляторов, высоковольтного провода в электроустановке или на линии электропередачи. Изолятор содержит изоляционное тело и арматуру в виде установленных на его концах первого и второго элементов арматуры. Первый элемент арматуры выполнен с возможностью соединения, непосредственно или посредством крепежного устройства, с высоковольтным проводом или со вторым элементом арматуры предшествующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды, а второй элемент арматуры выполнен с возможностью соединения с опорой или с первым элементом арматуры последующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды. Изолятор по изобретению характеризуется тем, что содержит также мультиэлектродную систему (МЭС) из m (m≥5) электродов, механически связанных с изоляционным телом и расположенных с возможностью формирования электрического разряда между смежными электродами МЭС. МЭС расположена по эквипотенциальной линии или эквипотенциальным линиям электрического поля промышленной частоты, в котором работает изолятор, перпендикулярно траектории пути утечки изолятора. При этом изолятор дополнительно содержит первый и второй подводящие электроды. Каждый из первого и второго подводящих электродов отделен воздушным промежутком от изоляционного тела и одним концом связан гальванически или через воздушный промежуток соответственно с первым и вторым элементами арматуры, а вторым концом через воздушный промежуток соответственно с первым и вторым концами МЭС.
При перенапряжении первый из подводящих электродов обеспечивает подачу высокого потенциала на один конец МЭС (т.е. на один из ее крайних электродов), а второй из подводящих электродов обеспечивает подачу низкого потенциала на другой конец МЭС.
Расположение МЭС перпендикулярно вектору напряженности электрического поля промышленной частоты, т.е. перпендикулярно траектории пути утечки изолятора, практически не уменьшает длину пути утечки. Поэтому не требуется средств компенсации потери длины пути утечки вследствие установки МЭС, благодаря чему обеспечивается низкая стоимость изолятора при обеспечении высокой надежности его функционирования и в качестве изолятора, и в качестве грозового разрядника.
Если изолятор имеет конусообразное изоляционное тело, МЭС следует расположить на торцевой поверхности данного тела. Если же используется тарельчатый изолятор с концентрическими ребрами на нижней стороне тарельчатого изоляционного тела, МЭС также может быть установлена по наружному периметру изоляционного тела, однако, предпочтительно расположить ее на торцевой поверхности одного из ребер этого тела.
В альтернативном варианте выполнения изолятора МЭС состоит из, по меньшей мере, двух отрезков, расположенных, по меньшей мере, по двум указанным эквипотенциальным линиям, взаимно смещенным перпендикулярно траектории пути утечки изолятора. Данные отрезки сопряжены посредством сопрягающих электродов, которые выполнены на концах указанных отрезков, не связанных с элементами арматуры, и попарно связаны между собой гальванически или через воздушный промежуток. Для реализации данного варианта также можно использовать изолятор с конусообразным изоляционным телом. Однако предпочтительным в данном случае представляется применение тарельчатого изолятора с концентрическими ребрами на нижней стороне тарельчатого изоляционного тела. В этом случае каждый отрезок МЭС может быть расположен на торцевой поверхности одного из концентрических ребер.
С целью решения второй задачи предлагается высоковольтная линия электропередачи, содержащая опоры, изоляторы, закрепленные на опорах посредством своей металлической арматуры, и, по меньшей мере, один находящийся под высоким электрическим напряжением провод, механически связанный с изоляторами. При этом, по меньшей мере, один из изоляторов ВЛЭ представляет собой изолятор, выполненный в соответствии с любым из вышеописанных вариантов изобретения. Таким образом, указанный технический эффект (повышение надежности электропередачи при упрощении ее конструкции) достигается благодаря тому, что, по меньшей мере, один изолятор ВЛЭ (а предпочтительно, по меньшей мере, один изолятор на каждой опоре ВЛЭ) выполняет, в дополнение к своей основной функции, функцию грозозащиты, т.е. не требует использования совместно с ним грозового разрядника.
Краткое описание чертежей
Заявляемое изобретение иллюстрируется чертежами, где:
на фиг.1 представлен конусный изолятор с промежуточными электродами, установленными по окружности на торцевую поверхность изоляционного ребра;
на фиг.2 изолятор по фиг.1 представлен на виде снизу;
на фиг.3 в перспективном изображении показан фрагмент гирлянды ВЛЭ с изоляторами по изобретению;
на фиг.4 на виде спереди, частично в сечении, представлен тарельчатый изолятор с концентрическими ребрами на нижней стороне тарельчатого изоляционного тела;
на фиг.5 изолятор по фиг.4 представлен на виде снизу;
на фиг.6 схематично показан фрагмент ВЛЭ по изобретению.
Осуществление изобретения
На фиг.1, 2 показан вариант исполнения изолятора на основе изолятора 100 с конусообразным изоляционным телом 1 и арматурой, состоящей из первого элемента в виде металлического пестика 3 и второго элемента в виде металлической шапки 2. Такие изоляторы обладают хорошими аэродинамическими свойствами, и поэтому слабо загрязняются. Они могут применяться в районах с сильной степенью загрязнения атмосферы. На торцевой поверхности изоляционного тела по большей части окружности закреплены промежуточные электроды 4, разделенные между собой промежутками 11 длиной g и в совокупности образующие МЭС 7. МЭС 7 занимает большую часть периметра изолятора. Меньшая часть периметра изолятора свободна от промежуточных электродов, так что между концами МЭС имеется промежуток 14 длиной G. К одному из концов МЭС (на фиг.2 он находится слева от вертикальной оси изолятора) подходит первый (нижний) подводящий электрод 6, гальванически соединенный с пестиком 3 изолятора. Он образует с первым промежуточным электродом 4 воздушный искровой промежуток 13 длиной S2. К последнему промежуточному электроду 4, расположенному на другом конце МЭС 7 (на фиг.2 он находится справа от вертикальной оси изолятора), подходит второй (верхний), соединенный с шапкой 2 изолятора подводящий электрод 5. Он образует с последним промежуточным электродом 4 воздушный искровой промежуток 12 длиной S1.
На фиг.3 представлена часть гирлянды 300, собранной из двух изоляторов 100 путем соединения второго элемента арматуры (шапки) 2 первого (нижнего) изолятора с первым элементом арматуры (пестиком) 3 последующего (верхнего) изолятора. Шапка верхнего изолятора может быть соединена с опорой ВЛЭ (см. фиг.6) или с пестиком последующего изолятора (в случае включения в гирлянду еще одного аналогичного изолятора), а пестик нижнего изолятора - с высоковольтным проводом ВЛЭ. Для большей наглядности изоляционные тела обоих изоляторов показаны полупрозрачными.
При воздействии перенапряжения на изолятор 100 пробиваются воздушные промежутки 12 и 13 и перенапряжение оказывается приложенным к МЭС 7. Под действием этого перенапряжения искровые промежутки 11 между промежуточными электродами 4 последовательно пробиваются. В результате шапка 2 изолятора 100 и его пестик 3 оказываются связанными через канал разряда, разбитый на множество небольших отрезков, что способствует эффективному его гашению после протекания тока перенапряжения. Следует подчеркнуть, что установка МЭС по изобретению практически не изменяет изоляционные характеристики исходного изолятора, т.к. она располагается по эквипотенциальной концентрической линии электрического поля изолятора перпендикулярно кратчайшему пути утечки изолятора. Длина пути утечки (расстояние по верхней и нижней поверхностям изолятора от шапки 2 до пестика 3) уменьшается лишь на ширину промежуточного электрода. Например, у изолятора ПСК-70 длина пути утечки 310 мм, а промежуточный электрод имеет ширину 5 мм, т.е. сокращение пути утечки составляет всего 5/310=1,6%. Это справедливо даже при сильном загрязнении и увлажнении, когда промежуточные электроды 4 связаны между собой проводящими участками загрязнения. Подводящие электроды 5 и 6 располагаются на расстоянии нескольких сантиметров от верхней и нижней поверхности изолятора соответственно и не сокращают путь утечки изолятора. Путь разряда по изолятору 100 показан на фиг.1-3 стрелками.
В случае использования гирлянды 300 изоляторов при воздействии перенапряжения сначала пробиваются искровые промежутки первого (в представленном варианте нижнего) изолятора 100, соединенного с высоковольтным проводом ВЛЭ, после чего перенапряжение прикладывается ко второму изолятору, в результате чего происходит пробой его искровых промежутков. Если в гирлянде имеется более двух изоляторов, описанный процесс повторяется для каждого последующего изолятора.
Как это обосновано в вышеупомянутой заявке RU 2008111577, общее количество промежуточных электродов 4, образующих МЭС, не должно быть меньше пяти. Конкретное количество m промежуточных электродов, а также конкретные значения длин g, G, S1, S2 соответственно искровых промежутков 11 между промежуточными электродами, промежутка 14 между концами МЭС 7 и промежутков 12, 13 между подводящими электродами 5, 6 и крайними промежуточными электродами 4 МЭС должны быть выбраны таким образом, чтобы при воздействии на изолятор 100 перенапряжения перекрытие происходило согласно приведенному выше описанию, а промежуток 14 не перекрывался при воздействии перенапряжения. Следовательно, разрядное напряжение промежутка 14 должно быть больше, чем у m искровых промежутков g, т.е. длина G промежутка 14 должна существенно превышать суммарную длину m промежутков g (G>mg). Длины S1 и S2 промежутков 12 и 13 подбираются экспериментально.
Например, как показали проведенные исследования и испытания при воздействии грозового импульса 1,2/50 мкс с наибольшим значением 300 кВ, надлежащее срабатывание изолятора по изобретению, выполненного на основе изолятора ПСК 70 с диаметром изоляционного тела D=330 мм, обеспечивается при следующих параметрах: G=90 мм; S1=S2=20 мм; g=0,5 мм и m=140.
На фиг.4, 5 представлен вариант изолятора по изобретению, выполненный на основе наиболее распространенного тарельчатого изолятора с концентрическими ребрами 8 на нижней стороне тарельчатого изоляционного тела 1. Аналогично описанному выше варианту изолятора по фиг.1, 2 изолятор 200 по фиг.4, 5 содержит множество промежуточных электродов, образующих МЭС 7. В представленном варианте МЭС разделена на три отрезка 7-1, 7-2, 7-3, каждый из которых расположен на торце одного из трех концентрических ребер 8. Однако в зависимости от конкретных условий использования, на которые рассчитан изолятор, в том числе от расчетного значения перенапряжения и соответственно от общего количества промежуточных электродов 4, возможно использование МЭС, установленной, например, только на внешнем концентрическом изоляционном ребре или МЭС, разделенной только на два отрезка, расположенных на любой паре концентрических изоляционных ребер 8. Таким образом, в изоляторе 200 все промежуточные электроды 4 МЭС 7 также расположены по эквипотенциальным линиям электрического поля промышленной частоты, в котором работает изолятор 200, перпендикулярно траектории пути утечки изолятора.
К левому концу (здесь и далее понятия «левый» и «правый» приводятся применительно к фиг.5) первого отрезка 7-1 МЭС 7, установленного на внешнем концентрическом ребре 8 изолятора 200, подходит верхний (второй) подводящий электрод 5, соединенный с шапкой 2 изолятора. На правом конце этого отрезка 7-1 МЭС, не связанном непосредственно с каким-либо элементом арматуры, закреплен сопрягающий электрод 15. На смежном с ним (правом) конце второго отрезка 7-2 МЭС 7, установленного на среднем концентрическом изоляционном ребре 8, также закреплен сопрягающий электрод 16, который совместно с сопрягающим электродом 15 образует первый искровой разрядный промежуток 17 длиной Sp. На левом конце данного отрезка 7-2 МЭС также установлен сопрягающий электрод 18.
Аналогично, на смежном (левом) конце третьего отрезка 7-3 МЭС 7, установленного на внутреннем концентрическом ребре 8, закреплен сопрягающий электрод 19, а на его правом конце - первый подводящий электрод 6. Сопрягающий электрод 19 образует вместе с сопрягающим электродом 18 второй искровой разрядный промежуток 20 длиной Sp. Подводящий электрод 6 образует аналогичный, третий искровой разрядный промежуток 21 длиной Sp с пестиком 3 изолятора 200.
При воздействии перенапряжения на изолятор сначала пробивается промежуток 12 между верхним подводящим электродом 5 и крайним левым промежуточным электродом 4 первого отрезка 7-1 МЭС 7 (см. фиг.5). Далее последовательно пробиваются все разрядные промежутки этого отрезка МЭС, далее пробивается промежуток 17 между сопрягающими электродами 15, 16 первого и второго отрезков 7-1, 7-2 МЭС. Далее перекрываются все разрядные промежутки второго отрезка 7-2 МЭС, искровой разрядный промежуток 20 между сопрягающими электродами 18, 19 второго и третьего отрезков 7-2, 7-3 МЭС, все разрядные промежутки третьего отрезка 7-3 МЭС и, наконец, искровой разрядный промежуток 21 между первым подводящим электродом 6 и пестиком 3. Путь перекрытия показан на фиг.4 и 5 стрелками. Таким образом, шапка 2 изолятора 200 и его пестик 3 и в этом случае оказываются связанными через канал разряда, разбитый на множество небольших отрезков, что способствует эффективному его гашению после протекания тока перенапряжения, как это было описано выше.
Этот вариант исполнения изолятора по изобретению с расположением промежуточных электродов на торцах двух и более концентрических изоляционных ребер позволяет удобно разместить наибольшее количество промежуточных электродов, что способствует повышению эффективности гашения канала тока перенапряжения. Поскольку в изоляторе 200 все промежуточные электроды 4 МЭС 7 также расположены по эквипотенциальным линиям электрического поля промышленной частоты, в котором работает изолятор 200, перпендикулярно траектории пути утечки изолятора, сокращение длины пути утечки изолятора в результате введения МЭС не превышает ширины одного промежуточного электрода, умноженной на количество отрезков МЭС (в рассмотренном варианте равное 3).
Очевидно, что в случае использования только двух отрезков (например, отрезков 7-1 и 7-2) МЭС 7, отпадает необходимость в использовании двух сопрягающих электродов 18, 19, а первый подводящий электрод 6 соединяется с концом МЭС, не соединенным со вторым подводящим электродом 5. Аналогично, если вся МЭС 7 расположена на одном концентрическом изоляционном ребре 8 (например, на внешнем ребре), отпадает необходимость в использовании каких-либо сопрягающих электродов. В данных вариантах сокращение длины пути утечки изолятора составит соответственно две и одну ширину промежуточного электрода.
На фиг.6 представлен фрагмент ВЛЭ 35 кВ, выполненной согласно изобретению. ВЛЭ содержит три находящихся под высоким электрическим напряжением провода 9, соответствующих различным фазам. Каждый из проводов 9 механически связан с собранными в гирлянды конусными изоляторами. Гирлянды изоляторов закреплены на опорах ВЛЭ (только одна из этих опор, опора 10, показана на фиг.6). Как видно из фиг.6, в представленном варианте ВЛЭ гирлянда 300 верхней фазы ВЛЭ построена с использованием изоляторов по изобретению (в варианте по фиг.1-3). Для грозозащиты известных ВЛЭ 35 кВ используются грозозащитные тросы. В случае использования изоляторов по изобретению для гирлянды верхней фазы от применения грозозащитного троса можно отказаться. При ударе молнии в этом случае перекрывается гирлянда 300 изоляторов по изобретению, так что ток молнии протекает по МЭС изоляторов и, благодаря большому числу промежуточных электродов, дуга сопровождающего тока промышленной частоты не образуется. ВЛЭ продолжает работу без отключения. При этом провод 9 верхней фазы выполняет функцию грозозащитного троса для нижних фаз, т.е. он предотвращает прямой удар молнии в них.
Если линия проходит по району с высоким удельным сопротивлением грунта, применение грозозащитного троса оказывается неэффективным, т.к. вследствие высокого сопротивления заземления опоры при ударе молнии в трос или опору 10 происходит обратное перекрытие с опоры на провод. В данном случае целесообразно применение изоляторов по изобретению для всех трех гирлянд изоляторов. При этом ВЛЭ будет надежно защищена от грозовых перенапряжений.
Эффективность изолятора по изобретению, совмещающего изоляционные и грозозащитные функции, подтверждена результатами сравнительных испытаний. Для их проведения были подготовлены два изолятора на класс напряжения 10 кВ переменного тока: стеклянный подвесной изолятор ПСК-70 с конусным гладким изоляционным телом и изолятор по изобретению. Изолятор по изобретению был выполнен на основе изолятора ПСК-70, но дополнительно снабжен установленными на торцевую поверхность конусного изоляционного тела промежуточными электродами 4, аналогичными описанным выше со ссылками на фиг.1-3. В качестве промежуточных электродов использовались гайки М2,5. Они приклеивались к торцевой поверхности конусного изолятора специальным эпоксидным клеем. Длина g воздушных промежутков 11 между электродами (расстояние между параллельными гранями гаек) составляла 0,5 мм. Расстояние между концами МЭС (т.е. длина G промежутка 14) составляло 90 мм; длины S1, S2 промежутков 12, 13 равнялись 20 мм.
Основные параметры изоляторов приведены в таблице.
| Основные параметры испытанных изоляторов и результаты испытаний | ||
| Параметры | Изолятор ПСК-70 | Изолятор по изобретению на основе ПСК-70 |
| Наружный диаметр, мм | 330 | 3341 |
| Количество m промежуточных электродов | 0 | 140 |
| Выдерживаемое напряжение переменного тока под дождем, кВ | 40 | 40 |
| Импульсное разрядное напряжение, 1,2/50 мкс, кВ | 90 | 70 |
| Траектория разряда | По воздуху, по кратчайшему пути | По МЭС |
| Остающееся напряжение2, кВ | ~0 | 6 |
| Примечания: 1) Толщина гаек, наклеиваемых на торцевую поверхность изолятора, составляла 2 мм; | ||
| 2) Наименьшее напряжение, остающееся на изоляторе после его перекрытия грозовым импульсом. |
Испытания обоих изоляторов были проведены напряжением промышленной частоты и грозовыми импульсами. Основные результаты также приведены в таблице.
При воздействии напряжения промышленной частоты разрядные характеристики обоих изоляторов практически одинаковы. Это означает, что установка электродов не ухудшила изоляционные свойства изолятора при промышленной частоте.
Импульсные разрядные напряжения у изолятора по изобретению (70 кВ) ниже, чем у исходного изолятора (90 кВ), так как его перекрытие развивается по МЭС, а не вдоль поверхности, как у обычного изолятора. Поэтому изолятор по изобретению может использоваться как разрядник при установке его параллельно обычному изолятору.
При воздействии грозового импульса обычный изолятор перекрывается по воздуху по кратчайшему пути. При этом из осциллограммы напряжения видно, что напряжение уменьшается практически до нуля, т.е. сопротивление канала разряда очень мало. После грозового перекрытия изолятора, установленного в эксплуатацию в электрическую сеть, по каналу перекрытия будет протекать сопровождающий ток сети, что означает короткое замыкание, делающее необходимым экстренное отключение сети.
В изоляторе по изобретению при его перекрытии по МЭС через множество электродов напряжение не срезается до нуля, а имеется значительное остающееся напряжение, составляющее 6 кВ. На ВЛЭ 10 кВ применяют два подвесных изолятора в гирлянде. В случае применения двух изоляторов по изобретению на основе изолятора типа ПСК-70 суммарное остающееся напряжение составляет 6+6=12 кВ, что значительно больше, чем наибольшее фазное рабочее напряжение Uф.н.р.=Uном·1,2/1,73=10·1,2/1,73=7 кВ. Это означает, что сопровождающего тока не будет, т.е. изолятор срабатывает как устройство грозозащиты: отводит ток грозового перенапряжения без сопровождающего тока и соответственно без отключения сети.
Рассмотренные в данном описании варианты и модификации выполнения изолятора по изобретению приведены лишь для пояснения его конструкции и принципов работы. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что возможны отклонения от вышеприведенных примеров выполнения. Например, для исключения перемещения дуги по подводящим электродам они могут быть покрыты слоем изоляции. В варианте, показанном на фиг.1 и 2, МЭС может быть размещена на нескольких концентрических окружностях, что увеличит число промежуточных электродов и повысит эффективность гашения сопровождающего тока (хотя и приведет к некоторому удорожанию изолятора). Возможны незначительные отклонения в установке промежуточных электродов от эквипотенциальной линии, обусловленные удобством технологии изготовления изолятора по изобретению.
Все подобные варианты и модификации также охватываются прилагаемой формулой изобретения.
1. Высоковольтный изолятор для крепления, в качестве одиночного изолятора или в составе колонки или гирлянды изоляторов, высоковольтного провода в электроустановке или на линии электропередачи, содержащий изоляционное тело, арматуру в виде установленных на его концах первого и второго элементов арматуры, причем первый элемент арматуры выполнен с возможностью соединения, непосредственно или посредством крепежного устройства, с высоковольтным проводом или со вторым элементом арматуры предшествующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды, а второй элемент арматуры выполнен с возможностью соединения с опорой или с первым элементом арматуры последующего высоковольтного изолятора указанных колонки или гирлянды, отличающийся тем, что дополнительно содержит: мультиэлектродную систему (МЭС) из m (m≥5) электродов, механически связанных с изоляционным телом и расположенных с возможностью формирования электрического разряда между смежными электродами МЭС, причем МЭС расположена по эквипотенциальной линии или эквипотенциальным линиям электрического поля промышленной частоты, в котором работает изолятор, перпендикулярно траектории пути утечки изолятора; и первый и второй подводящие электроды, при этом каждый из первого и второго подводящих электродов отделен воздушным промежутком от изоляционного тела и одним концом связан гальванически или через воздушный промежуток соответственно с первым и вторым элементами арматуры, а вторым концом через воздушный промежуток соответственно с первым и вторым концами МЭС.
2. Изолятор по п.1, отличающийся тем, что имеет конусообразное изоляционное тело, а МЭС расположена на торцевой поверхности указанного тела.
3. Изолятор по п.1, отличающийся тем, что выполнен в виде тарельчатого изолятора с концентрическими ребрами на нижней стороне тарельчатого изоляционного тела, а МЭС расположена на торцевой поверхности одного из указанных ребер.
4. Изолятор по п.1, отличающийся тем, что МЭС состоит из, по меньшей мере, двух отрезков, расположенных, по меньшей мере, по двум указанным эквипотенциальным линиям, взаимно смещенным перпендикулярно траектории пути утечки изолятора, и сопряженных посредством сопрягающих электродов, которые выполнены на концах указанных отрезков, не связанных с элементами арматуры, и попарно связаны между собой гальванически или через воздушный промежуток.
5. Изолятор по п.4, отличающийся тем, что выполнен в виде тарельчатого изолятора с концентрическими ребрами на нижней стороне тарельчатого изоляционного тела, а каждый отрезок МЭС расположен на торцевой поверхности одного из указанных ребер.
6. Высоковольтная линия электропередачи, содержащая опоры, изоляторы, закрепленные на опорах посредством своей металлической арматуры, и, по меньшей мере, один находящийся под высоким электрическим напряжением провод, механически связанный с изоляторами, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один из изоляторов представляет собой изолятор, выполненный в соответствии с любым из пп.1-5.
